近年来,具有可调浸润性的智能表面材料,由于在液体输送、微滴反应器以及选择性油水分离等领域中的广泛应用,其制备受到人们的广泛关注。其中,液下双疏液表面材料的浸润性可随预浸润液体的不同而改变,即当水浸润时显示疏油性,当油浸润时显示疏水性。目前关于该类表面材料的报道较少,并且缺乏对这种特殊浸润性的机理研究。
2019年5月,硕士研究生王琪菲作为第一作者在《Chemical Science》杂志上发表题为“Under-liquid Dual Superlyophobic Nanofibrous Polymer Membranes Achieved by Coating Thin-film Composites: A Design Principle”的研究工作。该研究通过“thin-film coating”的材料改性策略,系统地调变聚合物纤维膜表面的化学组成,开发了系列具有:1)水下亲油/油下疏水;2)水下疏油/油下亲水;3)液下双疏的膜材料。同时,该修饰层可以提高PAN纤维在非质子性溶剂(例如DMF和DMSO)中的稳定性。其中,表面端基为氰基的PAN纤维膜呈现出液下超双疏的特性,可实现对多种油水混合物以及表面活性剂稳定的乳液高效分离,其分离效率均达到99.6%以上。该工作通过引入热力学浸润模型,证明了具有液下双疏特性材料的表面为热力学介稳状态。以平滑表面上水的本征接触角(θw)为变量,有效地对上述三种液下浸润性进行分类。并以此为基础,根据任一未知表面的水本征接触角(θw)和粗糙度(R),可预测其在一定油-水-固体体系中的液下浸润性。本研究工作为新型液下双疏表面材料的合成提出了新方法,为其在液相分离、电池催化等方面的应用提供制备基础。
Chem. Sci.,2019,DOI: DOI: 10.1039/c9sc01607d. 硕二研究生王琪菲(导师:于吉红)